Il raffreddamento della potente elettronica negli ultimi smartphone può essere una grande sfida. I ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology hanno sviluppato un metodo rapido ed efficiente per creare materiali di carbonio ideale per dissipare il calore dai dispositivi elettronici. Questo materiale versatile può trovare altre applicazioni, dai sensori di gas ai pannelli solari.
Molti dispositivi elettronici utilizzano film di grafite per condurre e dissipare il calore generato da componenti elettronici. Sebbene la grafite sia una forma naturale di carbonio, la gestione termica in elettronica è un'applicazione impegnativa e spesso dipende dall'uso di film di grafite di alta qualità in micron. "Tuttavia, il metodo per realizzare questi film di grafite usando i polimeri come materie prime è complesso e ad alta intensità di energia", spiega Gitanjali Deokar, un postdoc nel laboratorio di Pedro Costa che ha guidato il lavoro. I film vengono realizzati attraverso un processo in più fasi che richiede temperature fino a 3.200 gradi Celsius e non possono produrre film più sottili di pochi micron.
Deokar, Costa e i loro colleghi hanno sviluppato un metodo rapido ed efficiente dal punto di vista energetico per realizzare fogli di grafite di circa 100 nanometri. Il team ha utilizzato una tecnica chiamata Chemical Vapor Deposition (CVD) per far crescere i film di grafite (NGFS) di tipo nanometro su un foglio di nichel, dove il nichel catalizza la conversione del metano caldo in grafite sulla sua superficie. "Abbiamo raggiunto NGF in soli 5 minuti di crescita CVD a una temperatura di reazione di 900 gradi Celsius", ha detto Deokar.
NGF può crescere in fogli fino a 55 cm2 nell'area e crescere su entrambi i lati del foglio. Può essere rimosso e trasferito su altre superfici senza la necessità di uno strato di supporto polimerico, che è un requisito comune quando si lavora con i film di grafene a strato singolo.
Lavorando con l'esperto di microscopia elettronica Alessandro Genovese, il team ha ottenuto immagini di microscopia elettronica a trasmissione (TEM) di sezioni trasversali di NGF su nichel. "Osservare l'interfaccia tra i film di grafite e il foglio di nichel è un risultato senza precedenti e fornirà ulteriori approfondimenti sul meccanismo di crescita di questi film", ha affermato Costa.
Lo spessore di NGF cade tra i film di grafite in fase di micron disponibili in commercio e il grafene a strato singolo. "NGF completa i fogli di grafite di grafene e industriali, aggiungendo all'Arsenal di film di carbonio a strati", ha affermato Costa. Ad esempio, grazie alla sua flessibilità, NGF può essere utilizzato per la gestione termica in telefoni cellulari flessibili che ora stanno iniziando ad apparire sul mercato. "Rispetto ai film di grafene, l'integrazione di NGF sarà più economica e stabile", ha aggiunto.
Tuttavia, NGF ha molti usi oltre la dissipazione del calore. Una caratteristica interessante evidenziata nelle immagini TEM è che alcune parti dell'NGF sono solo pochi strati di carbonio. "Sorprendentemente, la presenza di più strati di domini di grafene garantisce un grado sufficiente di trasparenza della luce visibile in tutto il film", ha detto Deoka. Il team di ricerca ha ipotizzato che l'NGF conduttivo e traslucido potesse essere usato come componente delle celle solari o come materiale di rilevamento per rilevare il gas di biossido di azoto. "Abbiamo in programma di integrare NGF nei dispositivi in modo che possa fungere da materiale attivo multifunzionale", ha affermato Costa.
Ulteriori informazioni: Gitanjali Deokar et al., Rapida crescita dei film di grafite spessa nanometro su foglio di nichel su scala di wafer e la loro analisi strutturale, nanotecnologie (2020). Doi: 10.1088/1361-6528/ABA712
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Tempo post: settembre-05-2024